题目内容

18.如图所示,空间等间距分布着水平方向的条形匀强磁场,竖直方向磁场区域足够长,磁感强度B=1T,每一条形磁场区域的宽度及相邻条形磁场区域的间距均为d=0.5m,现有一边长l=0.2m、质量m=0.1kg、电阻R=0.1的正方形线框MNOP以v0=7m/s的初速从左侧磁场边缘水平进入磁场.求:

(1)线框MN刚进入磁场时受到安培力的大小F.

(2)线框从开始进入磁场竖直下落的过程中产生的焦耳热Q.

(3)线框能穿过的完整条形磁场区域的个数n.

(1)线框MN边刚开始进入磁场区域时感应电动势 E=Blv0

感应电流

安培力

由①②③解得

F=2.8N

(2)设线框竖直下落时,线框下落了H,速度为vH

能量守恒定律

自由落体规律

解得

(3)解法一

只有在线框进入和穿出条形磁场区域时,才产生感应电动势。线框部分进入磁场区域x时

感应电动势 E=Blv

感应电流

安培力 F=BlI

解得

时间内

由动量定理 

求和

解得

穿过条形磁场区域的个数为

解得

可穿过4个完整条形磁场区域

(3)解法二

线框穿过第1个条形磁场左边界过程中

平均感应电动势

平均感应电流

平均安培力

根据动量定理

解得

同理线框穿过第1个条形磁场右边界过程中有

所以线框穿过第1个条形磁场过程中有

设线框能穿过n个条形磁场,则有

可穿过4个完整条形磁场区域

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